O documento discute o estresse oxidativo e seu papel nas doenças cardiovasculares. Apresenta as principais fontes de espécies reativas de oxigênio no organismo, como a cadeia respiratória mitocondrial, a NADPH oxidase e a xantina oxidase. Também descreve o sistema de defesa antioxidante e como o desequilíbrio entre espécies reativas e antioxidantes pode levar ao estresse oxidativo, relacionado a problemas cardiovasculares como aterosclerose e hipertensão.

1. Lab. Regulação Humoral da Circulação
Madamanchi, N. R.; Vendrov, A.;
Runge, M. S.
Arterioscler Thromb Vasc Biol, v. 25, p.29-38, nov. 2005.
Impact factor 7.235
Fabrício Bragança da Silva
Vitória
2012
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FISIOLÓGICAS

2. Objetivos
Introdução
Tipos de Espécies reativas
Fonte das
ERO
Sistema de defesa
Antioxidante
Estresse Oxidativo
e DCV
Conclusão
Artigos
ERO
Estresse Oxidativo
ERO & ERN
Efeitos Enzimático
Não Enzimático

3. Introdução
• The great evolutionary pulses of metabolic and structural
innovation of life on Earth can be correlated with changes in
environmental oxygen (HOLLAND, 2006 apud NAVIAUX, 2012).

4. Espécies Reativas Oxigênio
• Organismo aeróbicos continuamente produzem espécies
reativas de oxigênio (ERO), moléculas de oxigênio com um
elétron desemparelhado. Os níveis celulares de ERO são
determinados pelo o equilíbrio entre as taxas de formação e
decomposição pelo sistema antioxidante endógeno e por
pequenas moléculas que funcionam como antioxidantes.

5. Espécies
Reativas
Sistema
AntioxidanteEspécies
Reativas
Sistema
Antioxidante
Estresse Oxidativo
• Decorre da existência de um
desequilíbrio entre compostos
oxidantes e antioxidantes, em
favor da geração excessiva de
radicais livres ou em
detrimento da velocidade de
remoção desses. Tal processo
conduz à oxidação de
biomoléculas com consequente
perda de suas funções
biológicas e/ou desequilíbrio
homeostático, cuja
manifestação é o dano
oxidativo potencial contra
células e tecidos.

6. •Peroxidação de
lipídeos de membrana
•Agressão à proteínas,
enzimas, carboidratos
e DNA
•Produção de energia
•Fagocitose
•Regulação do
crescimento celular
•Sinalização intracelular
•Síntese de substâncias
biológicas
Espécies Reativas de Oxigênio Espécies Reativas de Nitrogênio
Radicalares Não radicalares Óxido nítrico (NO•)
Óxido nitroso (N2O3)
Ácido nitroso (HNO2)
Nitritos (NO2
−)
Nitratos (NO3
−)
Peroxinitritos (ONOO−)
Hidroxila (HO•)
Superóxido (O2
•−)
Peroxila (ROO•)
Alcoxila (RO•)
Oxigênio (O2)
Peróxido de hidrogênio (H2O2)
Ácido hipocloroso (HOCl)
Espécies Reativas
Efeito
Fisiológico
Efeito
Patológico

7. Fonte: Vasconcelos et al, 2007.

8. • Os mecanismo de geração de radicais livres ocorrem,
normalmente, nas mitocôndrias, membranas celulares e no
citoplasma (favorecido na presença de íons de ferro e cobre).
Barbosa et al., 2010
Fontes de Espécies Reativas Oxigênio

9. Fontes de ERO
Figura. Fontes de Espécies reativas de oxigênio. Adaptado: Madamanchi et al, 2005.

10. Cadeia Respiratória Mitocondrial
Figure. Inhibition of O2
-. production in mitochondria by
inhibiting electron transport chain complex II (1),
uncoupling oxidative phosphorylation (2), overexpressing
uncoupling protein-1, or using SOD (3) leads to blockage
of hyperglycemia-induced damage in endothelial cells.
Fonte: Madamanchi et al., 2005

11. Fonte: Gregory J Dusting et al., 2005.
NADPH oxidase

12. Xantina oxidase
Fonte: Ribeiro et al., 2005.

13. • Tem a função de inibir e/ou reduzir os danos causados pela
ação deletéria das espécies reativas.
Sistema de Defesa Antioxidante
Sistema
Antioxidante
Sist. de
Prevenção
Sist.
Scavenger
Sist. de
Reparo
Sistema Enzimático
Superóxido Dismutase (SOD)
Catalase (CAT)
Glutationa Peroxidase (GPx)
Sistema não-enzimático
Compostos de origem dietética
(vitaminas, minerais e
compostos fenólicos)
Glutationa (GSH)

14. Sistema de Defesa Antioxidante

15. z
M(n+1)+-SOD + O2
− → Mn+-SOD + O2
Mn+-SOD + O2
− + 2H+ → M(n+1)+-SOD + H2O2.
2H2O2 O2 + 2H2O
Catalase
NADPH
2GSH + H2O2 GSSG + 2H2O
GSSG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+
H2O2 + NADPH + H+ 2H2O + NADP+
GPx
GSR
GSH

16. Sistema de Defesa Antioxidante
Fonte: Yin et al., 2012

17. Sistema de Defesa Antioxidante
Adaptado: Gandra; Alves; Macedo, 2004.

18. Sistema de Defesa Antioxidante
Fonte: Barreiros; David, 2006.

19. • A produção excessiva, aguda e crônica de ERO, em condições
fisiopatológicas, resguarda intima relação com as doenças
cardiovasculares.
Madamanchi et al, 2005
Estresse Oxidativo e DCV

20. Estresse Oxidativo e DCV
Figure. Development of atherosclerosis. ROS produced by endothelial cells, SMCs, and macrophages oxidize LDL in the
subendothelial space, at the sites of endothelial damage, initiating events that culminate in the formation of a fibrous
plaque. Rupture of fibrous plaque leads to thrombus formation and occlusion of the vessel. Madamanchi et al, 2005

21. Fonte: Tabima; Frizzell; Gladwin, 2012
Estresse Oxidativo e DCV

22. NAD(P)H Oxidase e DCV
• Cell culture studies and animal models
provide evidence for the critical role of
NAD(P)H oxidase-derived oxidative
stress in atherosclerosis ↔ Ang II,
thrombin, PDGF, and TNF-α.
• …the atheroprotective laminar shear
stress→↓NAD(P)H activity
• ...atherogenic oscillatory shear stress→
(+) NAD(P)H activity
• …enhanced AT1 receptor regulation and
increased NADH-dependent vascular O2
-
production were associated with
endothelial dysfunction.
• In human studies... Ang II, AT1,
trombin↔ROS and Ox-LDL↔NAD(P)H
oxidase subunit p22phox: foam cell,
plaque stability and apoptosis in
endothelial and SMCs.

23. Xantina Oxidase e DCV
• XO generates O2
- by catalyzing
hypoxanthine and xanthine to uric
acid.
• XO exists in plasma and endothelial
cells but not in SMCs.
• In the coronary arteries of patients
with coronary artery disease (CAD),
electron spin resonance studies show
significant activation of both NAD(P)H
oxidase and XO
• …endothelial XO is inversely
proportional and positively related to
the effect of vitamin C on
endothelium-dependent vasodilation
• In asymptomatic young individuals
with familial hypercholesterolemia,
the increase of vascular XO activity is
an early event.

24. Metabolismo do AA e DCV
• Lipoxygenases are another important
source of ROS production in the vascular
wall.
• Leukocyte-type 12/15-lipoxygenase (LO)
and its products, 12(S)-
hydroxyeicosatetraenoic acid[12(s)-HETE)]
and 15(S)-HETE, are also implicated in
atherogenesis.
• 12/15-LO activation leads to SMC growth,
hypertrophy, and inflammatory gene
expression; SMCs deficient in the enzyme
show reduced generation of mitogen-
induced ROS.

25. NOS desacoplada e DCV
• Increased vascular O2
- production not only
alters endothelium-dependent vascular
relaxation through interaction with NO, but
the resultant peroxynitrite can also oxidize
BH4.

26. ...during mitochondrial oxidative
phosphorylation under pathophysiologic
conditions, the lectron transport chain may
become uncoupled, leading to increased O2
-
production.
↓
Mitochondrial DNA (MtDNA) is prone to
oxidative damage.
ROS Mitoconcrial e DCV

27. Figure. Mechanical stretch and AT1 receptor activation induce p47phox and rac1 activation,
membrane translocation, and NAD(P)H oxidase activation. ROS generation by activated NAD(P)H
oxidase and 12/15-lipoxygenase leads to hypertension.
Fonte: Madamanchi et al., 2005.
Estresse Oxidativo na Hipertensão

28. • …antioxidants prevent the progression of several pathological
processes – such as cardiac hypertrophy, cardiac myocyte apoptosis,
ischemia-reperfusion, and myocardial stunning…
• TNF-α and Ang II induced hypertrophy in a ROS-dependent
manner…
• Overexpression of catalase significantly reduced Ang II-induced
hypertrophy, and transfection with antisense p22phox inhibited
Ang II–induced H2O2 production.
• During compensated hypertrophy... NAD(P)H oxidase-dependent
ROS production significantly and progressively increased to a peak
at the level of decompensated heart failure.
• ...increased peroxynitrite may cause cytokine-induced myocardial
contractile failure by inactivating sarcoplasmic Ca2+-ATPase and
dysregulating Ca2+ homeostasis.
Estresse Oxidativo na ICC

29. • ROS produced during cerebral ischemia induce lipid
peroxidation, protein oxidation, and DNA damage.
Model Experiment type Results
SOD2 knockout
mice
Permanent focal
cerebral ischemia
Exacerbated infarct size and upregulated
oxidative stress markers (mitochondrial
cytochrome c release and DNA fragmentation)
SOD1 transgenic
mice
Photothrombotic
ischemia
Reduction in blood-brain barrier disruption
and infarct size along with decreased oxidative
DNA damage and DNA fragmentation
Mouse
ischemia-
reperfusion
model
Ischemia-reperfusion Deficiency of the GPx-1 resulted in a threefold
increase in brain infarct volume, early
activation of caspase-3 expression, and
apoptosis
nNOS and iNOS
knockout mice
Permanent focal
cerebral ischemia
Reduced infarct size
Estresse Oxidativo no AVE

30. • Other risk factors for vascular disease, such as obesity and
cigarette smoking, are associated with systemic oxidative
stress.
• Increasing body-mass index and cigarette smoking↔↑F2-
isoprostane levels; mtDNA damage → Atherosclerosis
DCV e Fatores de risco para o Estresse
Oxidativo

31. • Muito se tem especulado sobre a participação do estresse
oxidativo em diferentes doenças, o apontando com um fator
desencadeante das diversas alterações homeostáticas. Porém,
há muito o que se pesquisar para então estabelecer a real
participação dos componente envolvidos na oxi-redução
metabólica.
• A compreensão das bases patológicas das DCV é uma
prerrogativa essencial, no entanto ainda é cedo pra inferir que
o chamado estresse oxidativo é cerne de todas suas
alterações metabólicas deletérias. Afinal, a oxi-redução é um
sistema inerente aos organismo aeróbicos e sua exacerbação
pode vir a ser apenas uma consequência e não a causa.
Conclusão

32. • MADAMANCHI et al. Oxidative Stress and Vascular Disease Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., v. 25,
p. 29-38. 2005.
• GANDRA, P. G.; ALVES, A. A.; MACEDO, D. V. Determinação eletroquímica da capacidade
antioxidante para avaliação do exercício físico. Quim. Nova, Vol. 27, No. 6, 980-985, 2004.
• TABIMA, D. M.; FRIZZELL, S.; GLADWIN, M. T. Reactive oxygen and nitrogen species in pulmonary
hypertension. Free Radical Biology & Medicine, 52, 1970–1986, 2012.
• DAI, D. et al. Cardiac Aging: From Molecular Mechanisms to Significance in Human Health and
Disease. Antioxidants & Redox Signaling, V. 16, N. 12, 2012.
• DUSTING, G. J.; SELEMIDIS, S.; JIANG, F. Mechanisms for suppressing NADPH oxidase in the vascular
wall. Mem Inst Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, v. 100, s. I, p. 97-103. 2005.
• Prontein Data Bank. Superoxido dismutase. Disponível em: www.pdb.org. info@rcsb.org. Acessado
em: 17/07/2012.
• HALLIWELL, B. The antioxidant paradox. The Lancet , Vol 355: 1179–80, April 1, 2000.
• BARBOSA, K. B. F. Estresse oxidativo: conceito, implicações e fatores modulatórios. Rev. Nutr.,
Campinas, 23(4):629-643, jul./ago., 2010.
• Barreiros, A. L. B. S.; David, J. M. Estresse oxidativo: relação entre geração de espécies reativas e
defesa do organismo. Quim. Nova, Vol. 29, No. 1, 113-123, 2006.
• VASCONCELOS, S. M. L. et al. Espécies reativas de oxigênio e de nitrogênio, antioxidantes e
marcadores de dano oxidativo em sangue humano: principais métodos analíticos para sua
determinação. Quim. Nova, v. 30, n. 5, p. 1323-1338. 2007.
• NAVIAUX, R. K. Oxidative Shielding or Oxidative Stress? JPET, v. 342, n. 3, p. 608-618, september.
2012.
Referências